Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроснабжение транспорта»

Б. А. Аржанников И. А. Юшкова

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Электроснабжение, защита и автоматика устройств СЦБ

Учебное пособие по дисциплине «Автоматизация систем электроснабжения» для обучающихся по специальности

23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов», специализация «Электроснабжение железных дорог» всех форм обучения

Екатеринбург

УрГУПС

2024

УДК 621.331:656.25 А82

Аржанников, Б. А.

А82 Автоматизация систем электроснабжения. Электроснабжение, защита и автоматика устройств СЦБ : учебное пособие / Б. А. Аржанников, И. А. Юшкова. – Екатеринбург : УрГУПС, 2024. – 95, [1] с.

ISBN 978-5-94614-578-7

В учебном пособии рассмотрены современные и перспективные системы электроснабжения устройств СЦБ. Определена типовая схема системы электроснабжения и описан функциональный принцип действия АПВ и АВР. Выполнен анализ работы различных функциональных узлов аппаратуры СЦБ при воздействии на них сверхнормативных отклонений напряжения 220 В.

Приведена полная эквивалентная схема системы электроснабжения устройств СЦБ и определены уравнения для расчета ее элементов, которые позволяют находить потери напряжения в ВЛ СЦБ и других элементах, входящих в состав системы электроснабжения. Рассмотрены направления улучшения параметров напряжения 220 В, которые реализуются за счет принципиально новых подходов к построению системы электроснабжения.

Пособие предназначено для обучающихся по дисциплине «Автоматизация систем электроснабжения» по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов», специализация «Электроснабжение железных дорог» всех форм обучения.

УДК 621.331:656.25

Издано по решению редакционно-издательского совета университета

Авторы: Б. А. Аржанников, профессор кафедры «Электроснабжение транспорта», д-р техн. наук, УрГУПС И. А. Юшкова, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС

Рецензенты: А. П. Буйносов, профессор кафедры «Электрическая тяга», д-р техн. наук, УрГУПС Т. С. Тарасовский, канд. техн. наук, главный специалист по

электроснабжению ООО ПК «Приоритет»

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.2.Исследование влияния характеристик трансформаторов системы электроснабжения на качество напряжения питания сигнальной

3

4

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АБ – автоблокировка; АЛСН – автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа;

АЛСТ – автоматическая локомотивная сигнализация точечного типа; АМС – антенно-мачтовые сооружения; АПВ – автоматическое повторное включение питания; АРМ – автоматизированное рабочее место; ВКС – вводно-кабельная стойка связи;

ВЛ СЦБ – высоковольтная линия электроснабжения устройств СЦБ; ВН – высокое напряжение (обмотка трансформатора); ДГА, ЩДГА – дизель-генератор; ДК – диспетчерский контроль;

ДПР – система электроснабжения «два провода – рельс»; ДЦ – диспетчерская централизация; ЗМН – защита по минимальному напряжению;

ИВЭП – источник вторичного электропитания аппаратуры СЦБ; ИМС – интегральные микросхемы; ИПНП – импульсный преобразователь постоянного напряжения в переменное;

КЗ – короткое замыкание по цепям питания; ЛЭП – линия электропередачи;

НН – низкое напряжение (обмотка трансформатора); ОПН – ограничитель перенапряжений; ПАБ – полуавтоматическая блокировка; ПВ – панель вводная электропитания; ПК – питающий конец рельсовой цепи; ПР – путевое реле рельсовой цепи; РК – релейный конец рельсовой цепи; Р.ст. – радиостанция;

5

РЦ – рельсовые цепи устройств СЦБ; СЦБ – сигнализация, централизация и блокировка;

ТС – трансформатор силовой изолирующий; ТСН – трансформатор собственных нужд; ШСН – шина собственных нужд; ЩВП – щит выключения питания;

ЩО/ЩС – щит бытовой сети электропитания; ЭЦ – электрическая централизация; ЯРВ – ящик распределительный вводный.

6

ВВЕДЕНИЕ

Процесс интеграции промышленно развитых стран, затронувший и Россию, привел к необходимости модернизации отечественного железнодорожного транспорта.

Обеспечение значительно бóльших, чем в недавнем прошлом, размеров перевозок потребовало создания новых информационных систем, дополняющих функциональные возможности систем логистики. В соответствии с этим возросла важность систем автоматики, телемеханики и информатики, включая аппаратуру сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), и повысились требования к надежности их функционирования.

Общеизвестно, что любая электрическая и электронная аппаратура, к которой относятся устройства СЦБ, функционирует при наличии электропитания, обеспечиваемого системами электроснабжения, в основном централизованного типа.

Известно также, что надежность работы устройств СЦБ и обеспечиваемая ими безопасность движения поездов в значительной степени зависит от качества напряжения питания. Поэтому вопросы совершенствования существующих систем электроснабжения устройств СЦБ, разработки новой аппаратуры электроснабжения и поиска новых направлений построения систем с целью достижения требуемого качества напряжений являются актуальными и важными.

Решение этих вопросов позволяет повысить надежность функционирования устройств СЦБ, что приведет к улучшению основных показателей работы железнодорожного транспорта.

Вместе с тем представленные в данном пособии результаты применимы не только для устройств СЦБ, но распространяются на любую современную, в том числе и зарубежную, аппаратуру информатики и связи, которая в последнее время широко внедряется на сети дорог.

Кроме того, внедрение новых принципов реализации систем электроснабжения позволит избежать случаев неквалифицированного согласо-

7

вания аппаратуры и параметров качества электроэнергии потребителя и источника, имевших место на практике.

Повышение качества электроэнергии у потребителя и создание соответствующих эксплуатационных запасов позволит получить гарантированную работу электронной аппаратуры железнодорожного транспорта различного назначения.

8

РАЗДЕЛ 1 ОБЗОР СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВ СЦБ

1.1. Развитие и современное состояние систем электроснабжения устройств СЦБ

Первые системы электроснабжения для устройств СЦБ появились на базе имевшихся в начале XX века устройств электропитания аппаратуры межстанционной связи, которая в то время была единственным средством регулирования движением поездов. Эти системы электроснабжения были довольно простыми и включали в себя либо гальванические элементы типа Лекланше, либо, в последующем, аккумуляторы с соответствующим буферным подзарядом от сети напряжения переменного тока, если оно имелось на станции. Первые устройства СЦБ, в частности жезловая система контроля свободности участков пути, практически не усложнили системы электроснабжения, которые с позиций сегодняшнего дня нельзя называть системами.

В 30-х годах ХХ века на сети железных дорог появились системы механической централизации и блокировки на станциях и автоблокировки на перегонах, у которых основным средством контроля свободности участков пути были рельсовые цепи (РЦ). В дальнейшем системы механической централизации на станциях менялись на более совершенные – с реализацией зависимостей между стрелками и сигналами при помощи электромагнитных реле. Семафоры заменялись светофорами, а перевод стрелок стал осуществляться электроприводами. Устройства СЦБ на станциях и перегонах радикально усложнились, что обусловило соответствующее увеличение потребляемой мощности. Батарейные системы электроснабжения перестали удовлетворять заданным требованиям функционирования аппаратуры СЦБ. Появление электротяги исключило возможность использования в рельсовых цепях источников постоянного напряжения. Переход электроснабжения устройств СЦБ на напряжение переменного тока обу-

9

словил также возможность замены точечной автоматической локомотивной сигнализации (АЛСТ) на более эффективную и более информативную: автоматическую локомотивную сигнализацию непрерывного типа (АЛСН). Эти обстоятельства привели к необходимости введения на участках дорог воздушных линий электропередач, предназначенных специально для электроснабжения станционных и перегонных устройств СЦБ (ВЛ СЦБ).

С появлением ВЛ СЦБ возник ряд вопросов по созданию специальных систем электроснабжения, функциональная сложность которых зависела от вида аппаратуры СЦБ и наличия или отсутствия на участках дорог электротяги постоянного или переменного тока. Одновременно с этим возросла сложность источников вторичного электропитания (ИВЭП), предназначенных для преобразования напряжения переменного тока в напряжения постоянного тока, требующиеся для питания аппаратуры СЦБ. Последующая модернизация устройств СЦБ и широкое применение средств микроэлектроники обусловили дальнейшее совершенствование ИВЭП и переход на импульсные методы преобразования электрической энергии. Одновременно с этим существенно, а иногда и радикально, возросли требования к качественным показателям электроэнергии, поставляемой потребителям. Причем в качестве потребителей выступают не только традиционные устройства СЦБ, но и более сложные современные и перспективные системы информатики и связи, которые в настоящее время, как и устройства СЦБ, определяют безопасность движения поездов. Усложнение внедряемых и разрабатываемых принципиально новых систем железнодорожной автоматики и телемеханики предъявляет более жесткие требования к устройствам их электроснабжения. В частности, устойчивое допустимое отклонение напряжения питания логических микросхем, из которых состоят современные устройства СЦБ, должно быть не более ± 5% от Uн. Необходимо учитывать также и колебания напряжения, образующиеся за счет импульсных методов преобразования электрической энергии в ИВЭП. В наиболее значительной степени это относится к современным сложным многоуровневым системам обеспечения безопасности движения, к аппаратуре передачи ответственной информации на локомотив с использованием радиоканала (АЛС-Р), а также к перспективной перегонной и станционной аппаратуре, которая создается взамен существующей. В этом

10